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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,浙江大学硅材料国家重点实验室 黄靖云,第六章,固体的磁性,Magnesium of Solid,超导电性,Superconductivity,指南针 司马迁,史记,描述黄帝作战用,1086,年 宋朝沈括,梦溪笔谈,指南针的制造方法等,1119,年 宋朝朱或,萍洲可谈,磁石罗盘用于航海,记载最早著作,De Magnete W.Gibert,18,世纪 奥斯特电流产生磁场,19,世纪 法拉弟效应在磁场中运动导体产生电流,安培定律,电磁学基础,电动机、发电机等开创现代电气工业,磁性材料及磁性的研究历史,1907,年,P.Weiss,的磁畴和分子场假说,1919,年 巴克豪森效应,1928,年 海森堡模型，用量子力学解释分子场起源,1931,年,Bitter,在显微镜下直接观察到磁畴,1933,年 加藤与武井发现含,Co,的永磁铁氧体,1935,年 荷兰,Snoek,发明软磁铁氧体,1935,年,Landau,和,Lifshitz,考虑退磁场,理论上预言了磁畴结构,1946,年,Bioembergen,发现,NMR,效应,1948,年,Neel,建立亚铁磁理论,1957,年,RKKY,相互作用的建立,1958,年,Mssbauer,效应的发现,1965,年,Mader,和,Nowick,制备了,CoP,铁磁非晶态合金,1970,年,SmCo5,稀土永磁材料的发现,1984,年,NdFeB,稀土永磁材料的发现,Sagawa(,佐川,),1986,年 高温超导体，,Bednortz-muller,1988,年 巨磁电阻,GMR,的发现,M.N.Baibich,1994,年,CMR,庞磁电阻的发现，,Jin,等,LaCaMnO3,1995,年 隧道磁电阻,TMR,的发现,T.Miyazaki,原子的磁性,角动量：,P,磁化强度矢量：,M,为磁旋比,在外加磁场,H,下,自旋电子学研究背景,巨磁阻效应,(GMR),标志自旋电子学的出现；第一代自旋器件：巨磁阻读头,第二代自旋器件（半导体自旋器件）：,使自旋极化的自旋源；将自旋注入到传统半导体中,稀磁半导体,：磁极子的局域磁矩与电子（空穴）的自旋相互作用；与传统半导体兼容，是良好的自旋源,处理信息,信息存储、处理同时进行,稀磁半导体,存储信息,磁性材料,半导体,电子的电荷,现代信息技术,电子的自旋,第二代自旋器件,上世纪的,60,年代,光学和电学特性,居里温度,(,T,C,),在约为,2 K,InMnAs(PRL,1992),和,GaMnAs(APL,1996),T,C,75 K,GaMnAs,的,T,C,已经达到,170 K,(Nat.Mater.,2005),Zener,模型理论预测,2000 Science,;,随后,首次实现,室温磁性,(Co:TiO,2,Science,2001;Co:ZnO,APL,2001),对过渡金属,Mn,Co,Fe,Ni,Cr,V,等掺杂,ZnO,TiO,2,SnO,2,GaN,GaP,等体系,展开研究,实现室温磁性,发现许多奇特低温磁光性质和磁传输,如巨,Zeeman,效应,巨,Faraday,旋转,反常,Hall,效应,负,GMR,等,sp-d,交换相互作用模型解释,DMS,的磁性,DMS,的研究概况,磁性材料应用举例之一磁记录,磁性材料应用举例之一磁记录,磁性材料应用举例之一磁记录,超导电性的发现及超导体的基本性质,B,=,M,+,H,B,=0,M,=,H,超导电性研究历史,超导体的实验研究,一、超导体晶体结构研究,1910,1950,：,Bragg,方程和,Laue,方程已经广泛应用，,XRD,晶体结构研究极为普遍，,XRD,衍射结果表明超导态与正常态的晶体结构完全相同,超导态是热力学上的稳定状态,NS,转变不是由晶体结构（原子排列）变化而引起的相变转变,高温超导体简介,高温氧化物超导体,(Tc77K),临界温度,Tc,达到液氮温度（,77K,）以上的超导材料称为高温超导材料,1986,年,IBM,苏黎世实验室,La-Ba-Cu-O 30K,美、中、日科学家,La-Ba-Cu-O,Sr-Ba-Cu-O 57K,1987,年休斯敦大学，朱经武,中科院，赵忠贤,Y-Ba-Cu-O 98K,至今已发现至今已发现,70,余种高温超导材料,高温氧化物超导体,的结构特点：,具有层状钙钛矿型结构,晶格结构中存在,Cu-O,层面,高温超导体的导电平面,氧含量和分布对性能有重要影响,高温氧化物超导体的反常特性,（,1,）电阻率的温度特性：线性关系,（,2,）霍尔系数的温度特性：随温度上升而单调下降,（,3,）光电导的反常特性,（,4,）超导能隙的各向异性,（,5,）电子,电子关联性,（,6,）临界磁场高，相干长度却很短,反常特性无法用低温超导理论,(,BCS,理论,),来解释，对超导理论的研究提出了新课题和新研究方向,设备：研钵,+,电炉,工艺：混匀原材料,烧结,研磨,成形,烧结,再研磨,成形,烧结,优点：简单、实用、易于控制或改变合成条件产品,如优质大块样品，高质量粉料,高温超导材料的制备,高温超导薄膜在基片上镀膜,膜厚,100 nm,涂布法 机械热加工法,溅射法 分子外延法,照射法 蒸汽淀积法,混合法 脉冲准分子激光法,蒸发法 化学汽相沉积法,超导电性的应用举例,高温超导实用化,诱人前景,电力能源方面：,输电电缆、发电机、电动机、变压器,超导化超导储能系统,大型电机设备形状与性能的革命,能源工业：,超导贮能调节电网负荷,超导磁体约束的等离子体和可能产生的核聚变,电子学方面：,超导计算机研究：,计算速度高，体积小，功耗低，使用方便,信息储存量大,医学和生物方面：,核磁共振计算机断层诊断装置,(NMR-CT),超导量子干涉仪,(SQUID),就对社会冲击而言，高温（最终将达到室温）超导可能,是，除了受控核聚变外，物理学中最重要的问题！,Nobel,奖获得者,Ginzburg,
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